山西运城苹果褐斑病发生的气象条件分析与预报

张倩倩 ，李冬梅 ，刘婉莉 ，张爱红

（1.运城市气象局，山西 运城 044000；2.盐湖区气象局，山西 运城 044000）

运城市地处山西西南部，是山西省最大的苹果主要栽培区，截至2017年，运城苹果种植面积约为13.51 万hm2，占山西全省种植面积的44.8%，总产量约413.1 万t，占全省苹果总产量的71.8%，其中临猗县苹果种植面积和产量占运城全市苹果种植面积和产量的34%和50%，是运城市经济发展的重要来源[1]。近年来，苹果病虫害高发频发，成为限制苹果高产的主要因素[2-3]，其中苹果褐斑病的发生、流行会造成苹果树生长期大量落叶，是苹果重要病害之一，其严重影响果品质量和产量，减少果农经济收入。作物病虫害的发生、发展、流行都与气象条件密切相关[4-6]，遇到适宜的气候，就会大面积暴发流行，对农作物安全生产构成极大威胁。苹果产业作为运城市的主导产业，开展苹果病虫害气象条件研究十分必要。

目前，国内学者对作物病虫害已开展了大量的研究并取得了一定成效，主要集中在病虫害气象条件分析和气象预报方法探讨等方面。霍治国等[7]最早在20 世纪90年代研究了气象因素对农作物的重要影响，并提出农作物病虫害长期气象预测研究的必要性。21 世纪以来，针对不同作物病虫害的研究内容越来越丰富，研究结果显示，作物病虫害不仅与大尺度气候背景厄尔尼诺、海温变化和大气环流等有关，而且与小尺度气象要素温度、降水、湿度和光照等也存在着较为显著的相关性；关于病虫害预测模型，时效上可分为短期、中期和长期，预报内容涉及病虫害发生预测、流行速率及流行程度等方面[8-11]。马丽等[12]和罗伟等[13]分析了气象因素对玉米病虫害的影响，并采用数理统计方法建立了玉米病虫害气象等级预报模型。彭荣南等[14]研究发现，水稻白叶枯病的发生流行与降水量、相对湿度和台风等呈正相关，并采用逐步回归统计方法建立了发病程度预测模型。郭翔等[15]选取对四川盆地小麦条锈病具有明确生物学意义的气象因子（气温、降水、湿度）建立了小麦条锈病气象等级预测模型，预测效果较好。针对苹果褐斑病研究也得出一些有意义的结论，褐斑病的发生与降雨和温度关系密切[16-18]，冬季温暖潮湿、春雨早、雨量大，夏季阴雨连绵以及秋雨较多年份发病早且严重。李娟等[19]研究发现，引起褐斑病发生的温度为15 ℃，大流行时期的温度为23 ℃、湿度在90%以上，并建立了陕西省苹果褐斑病三维动态预测模型。成萍旎等[20]同样建立了西北地区苹果褐斑病的预测模型，结果表明，苹果褐斑病发生条件与李娟等[19]的研究结论类似，但由于地理位置的差异，温度、湿度等存在微小差异。

目前，针对苹果褐斑病预报模型主要是关于病情指数的预报，对褐斑病发生、发展阶段的预报较少，且运城地区特殊的地形地貌和气候条件对苹果病虫害的发生发展与其他地区有所不同。本研究选取临猗站作为运城市代表站，分析运城市临猗苹果褐斑病的发病早期、盛行始期、发生程度、病情指数等与气象条件的关系，筛选相关气象预报因子，并建立不同阶段的预报模型，旨在为苹果褐斑病害的预报和防治提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 数据资料来源

苹果褐斑病观测资料来源于运城苹果主产区临猗县植保站提供的2012—2020年苹果褐斑病数据，通过计算得到病叶率、病情指数，并对苹果褐斑病发生程度进行分级。依据病叶率、病情指数确定苹果褐斑病发病早期、盛行始期及流行期。

气象资料为运城市气象局提供的2012—2020年临猗站的气温、降水、湿度、日照等要素的逐日观测资料，据此计算候、旬、月、年的平均气温、累计降水量、降水日数、相对湿度、日照等数据。

1.2 研究方法

1.2.1 苹果褐斑病调查方法 2012—2020年在运城苹果主产区临猗县东北、西北、东南、西南和中部选取5 个果园进行苹果褐斑病调查，监测点分别位于北景乡景村（35°14'N、110°46'E）、北辛乡北辛庄村（35°23'N、110°32'E）、牛杜镇杨中村（35°6'N、110°49'E）、临晋镇许家庄村（35°6'N、110°34'E）和嵋阳镇阁头村（35°9'N、110°41'E），栽种品种为富士。依据山西省地方标准DB 14/T143—2019[21]，于苹果落花后至采收前调查叶片发病情况，对临猗县5个代表性果园，每园按对角线5 点取样，每点1 株，每株按东、南、西、北、中5 个方位从植株的中下部各调查20 片叶，每5 d 调查一次，记载病叶数和严重度。

1.2.2 资料分析方法 分析临猗县2012—2020年苹果褐斑病观测资料，根据褐斑病发病规律，以叶片出现新病斑为苹果褐斑病发病早期；病叶数占调查总叶数的百分率为病叶率，把果园病叶率达到5%的日期确定为褐斑病盛行始期[19]。

病情严重度以病斑面积占叶片面积的比率大小分为9 个等级：病斑面积占整个叶片面积的比率≤5% 时，严重度为1 级；5%～10% 时，严重度为3 级；10%～25%时，严重度为5 级；25%～50%时，严重度为7 级；＞50%时，严重度为9 级。

病情指数是病害发生的普遍性和严重度的综合指标，病情指数越大说明褐斑病情越严重。病情指数是依据病叶所占比率，由病情严重度分级指标进行综合计算。

式中，I为病情指数；di为严重度分级；li为各级严重度对应叶片数；L为调查总叶片数。

苹果褐斑病以病叶率确定发生程度分级指标，并将其分为5 级：病叶率≤5% 时，为1 级；5%～10%时，为2 级；10%～20%时，为3 级；20%～30%时，为4 级；＞30%时，为5 级。其中，1 级为轻发生，2 级为偏轻发生，3 级为中等发生，4 级为重发生，5 级为大发生。

1.2.3 苹果褐斑病模型构建 苹果褐斑病发生与病源基数、苹果展叶期物候现象以及降水、气温等气象条件密切相关。采用SPSS 统计软件，对历年各气象因子与苹果褐斑病发生、发展和流行程度进行相关性分析，采用t检验方法对相关系数进行显著性检验，从众多的因子中找出显著相关的因子，再用相关因子与苹果褐斑病的数据进行逐步回归，建立运城苹果褐斑病预测模型并检验。利用最小二乘原理建立多元回归模型，设试验数据对为（Yi，Xi）（i=1，2，…，n），则多元回归方程如下。

式中，Y为预测值；β0为常数项，βi（i=1，2，…，n）为回归系数；Xi为气象要素；ε为误差项。利用R2进行回归模型的拟合优度检验。

2 结果与分析

2.1 苹果褐斑病发生、发展气象条件分析

2.1.1 发病早期与盛行始期的气象条件分析 分析运城苹果主产区2012—2020年苹果褐斑病观测资料，结果显示（图1），运城苹果褐斑病发病早期的平均日期为6月11日，最早出现在2018年5月25日，最晚分别出现在2012年和2017年的6月25 日。运城苹果主产区早期褐斑病多发生于5月下旬到6月下旬。苹果褐斑病发病早期病情指数为0.04～0.60，对苹果褐斑病发病早期的气象条件分析发现，褐斑病出现日期与3月下旬平均气温的相关系数为-0.836，通过了99%的显著性检验。褐斑病出现日期与3月中旬平均气温和4月中旬降水量的相关系数分别为-0.780 和-0.737，通过了95%的显著性检验。2012—2020年平均气温、降水显示，褐斑病重发生年的3月下旬平均气温高于15 ℃，其余年份均小于15 ℃。重发生年的4月中旬降水量大于40 mm，其余年份均小于40 mm。褐斑病菌在旬平均气温大于15 ℃，苹果展叶期后，遇有大雨以上的降雨天气，大量拟分生孢子、子囊孢子开始侵染新叶。

图1 2012—2020年运城市苹果褐斑病发病早期、盛行始期与发生程度等级情况Fig.1 Early onset date and prevalence start date and occurrence degree of apple marssonina blotch in Yuncheng from 2012 to 2020

从2012—2020年运城苹果褐斑病盛行始期变化曲线可以看出（图1），盛行开始的平均日期为7月16 日，最早出现在2018年6月5 日，最晚出现在2016年8月10 日，褐斑病盛行始期及流行时间差异较大。分析盛行开始日期与气象要素的关系发现，盛行始期与3月下旬平均气温相关系数为-0.836，通过了99%的显著性检验，与4月中旬降水量、4月下旬降水量、3月中旬平均气温的相关系数分别为-0.750、-0.703、-0.780，均通过了95%的显著性检验。即3月平均气温越高，4月降水量越多，则造成褐斑病菌大量繁殖、不断积累，病害指数迅速增长、盛行开始的时间越早。

褐斑病发生程度受降水、气温、湿度、光照影响，2014、2018年发生程度为4 级，为重发生，2012年为1 级，轻发生，分析2014、2018年运城苹果生长期内的平均气温、降水量、日照时数和相对湿度发现，高湿寡照的气象条件使病害流行速度加快，发生程度加重，2012年干旱少雨、光照强，相对湿度小，使分生孢子的萌发和繁殖受到抑制，病害发生程度轻。

从发病早期和盛行始期的趋势看出，二者呈正相关，即褐斑病发生日期越早，盛行开始的日期也越早；而运城苹果褐斑病发生程度与褐斑病发生日期和盛行始期呈反相位，即褐斑病发生日期和盛行开始日期越早，发生程度等级越高，反之亦然。

2.1.2 苹果褐斑病的病情指数与气象条件关系 果树叶片感染褐斑病菌后有一定的潜育期，潜育期长短由气温高低决定。降雨量及降雨日数决定褐斑病严重程度[19]。在气温和降水的共同影响下，病情指数迅速增大，苹果褐斑病迅速扩展。2014年褐斑病最大病情指数43.84，为2012—2020年苹果褐斑病发生最严重的年份（表1）。

表1 运城苹果褐斑病观测资料分析Tab.1 Analysis of observation data of apple marssonina blotch in Yuncheng

分析2014年病情指数与气温、降水的关系发现（图2-A、B），6月上旬平均气温24.6 ℃，无降水，病情指数小于1，6月中旬平均气温24.8 ℃，降水量10 mm，6月20 日病情指数为5.07，达到盛行始期标准，6月下旬平均气温25.5 ℃，出现连续3 d 的降水，降水量38.2 mm，较历年同期偏多89%；7月上旬受前期降水的影响，病情指数增加至10.47，7月中下旬平均气温28.1 ℃，降水量24 mm，比历年同期偏少47%，高温少雨使褐斑病菌潜育期加长，7月中下旬病情指数增长缓慢；8月上中旬出现了9 d 降水，降水量为116 mm，比历年同期偏多88%，受降水的影响，8月中旬气温大幅下降，高湿环境使病情指数猛增，8月25 日至9月5 日褐斑病大流行，病叶率达到64.2%，造成大量落叶，苹果产量严重下降。

图2 2014年运城市苹果褐斑病的病情指数与平均气温、降水量和降水日数的关系Fig.2 Relationship between disease index of apple marssonina blotch and average temperature，precipitation amount，and precipitation days in Yuncheng in 2014

气温和降水对褐斑病的影响具有滞后性，前一旬的气温、降水影响本旬的病情指数大小。褐斑病初期当前一旬平均气温在23～28 ℃时，出现持续3 d 以上、降雨量25 mm 以上的降水天气时，本旬褐斑病菌潜育期缩短，发病进程迅速、病情指数迅速增大，苹果褐斑病迅速扩展；当旬平均气温在28 ℃以上时，病情指数增长缓慢。

2.2 褐斑病预报模型的建立

2.2.1 防治始期的预报模型 为提前做好苹果褐斑病防治工作，分别对苹果褐斑病发病早期、盛行始期与同年前期旬平均气温、旬最高气温、旬最低气温、旬降水量、旬降水日数、旬平均相对湿度求相关，选取与发病早期显著相关的3月中旬平均气温、3月下旬平均气温和4月中旬降水量，与盛行开始日期显著相关的4月中旬降水量、4月下旬降水量、3月中旬平均气温和3月下旬平均气温等气象因子作为预报指标，建立多元回归方程，分别构建发病早期（Y1）的预报模型：Y1=98.22-1.87X1-1.15X2-1.67X3（X1为3月中旬平均气温，X2为3月下旬平均气温，X3为4月中旬降水量）和盛行始期（Y2）的预报模型：Y2=138.068-0.006X1-1.722X2+3.845X3-9.7X4（X1为4月中旬降水量，X2为4月下旬降水量，X3为3月中旬平均气温，X4为3月下旬平均气温）。

2.2.2 病情发生程度的预报模型 将苹果褐斑病发生程度分为5 级，选取与发生程度相关性较好的旬气象因子，发生程度与4月中旬降水量、6月下旬降水量相关系数分别为0.809、0.820，通过了95%的显著性检验，与3月下旬平均气温、5月上旬平均气温、7月下旬降水日数的相关系数分别为0.734、-0.791、-0.762，通过了90%的显著性检验，用显著相关的气象因子构建苹果褐斑病发生程度（Y3）预报模型：Y3=5.132+0.158X1-0.264X2+0.010X3+0.018X4+0.010X5（X1为3月下旬平均气温，X2为5月上旬平均气温，X3为4月中旬降水量，X4为6月下旬降水量，X5为7月下旬降水日数）。

2.2.3 病情指数的动态模型 苹果褐斑病始发后，能否流行发病一般有6～12 d 的潜育期，干旱年份长达45 d，潜育期随气温升高而缩短。病情指数受降水量、降水日数、气温、湿度等气象要素共同影响，当降水量大、降水日数多、平均气温高时，褐斑病的病情指数迅速增大。

褐斑病观测从每年5月1 日开始，每5 d 进行一次观测，通过计算可以得到候病情指数值。将候病情指数与前一候的降水量、平均气温、最高气温、最低气温、降水日数、相对湿度等气象因子求相关，并选取通过95%显著性检验的气象因子，同时增加前一候病情指数作为入选因子，建立多元回归方程，得到病情指数（I）动态预报模型：I=5.616-0.173X1-0.016X2+0.228X3+0.974X4（X1为前一候平均气温，X2为前一候降水量，X3为前一候降水日数，X4为前一候病情指数）。

2.3 预报模型检验

2.3.1 历史样本拟合率 根据预报模型对2012—2020年苹果褐斑病进行历史回报，按照发病早期、盛行始期以误差3 d 以内为正确，发生程度、病情指数以±2 以内为正确进行评定，以正确次数除以总样本数得出历史拟合率（表2），苹果褐斑病发生程度拟合率为100%，最大病情指数拟合率88.9%，发病早期拟合率66.7%，盛行始期拟合率55.6%。说明苹果褐斑病发生程度、病情指数预报模型在业务中可用，而发病早期、盛行始期预报模型需要根据苹果褐斑病实际观测进行订正后应用。

表2 2012—2020年运城苹果褐斑病预报模型检验Tab.2 Prediction model test of apple marssonina blotch in Yuncheng from 2012 to 2020

2.3.2 2021年苹果褐斑病预报业务应用 运用建立的苹果褐斑病预报模型，对2021年苹果褐斑病发病早期、盛行始期、褐斑病发生程度以及病情指数进行预报，并根据田间实际观测对发病早期、盛行始期进行订正。从表3 可以看出，发病早期、盛行始期预报略早于实际出现日期，但误差均在3 d以内，发生程度预报值与田间调查相符，最大病情指数预报与实际一致。说明预报模型在苹果褐斑病预报业务中有一定的指导意义。

表3 2021年运城苹果褐斑病预报与实况Tab.3 Prediction and reality of apple marssonina blotch in Yuncheng in 2021

3 结论与讨论

苹果褐斑病发生、发展与温度、降水量和降水日数密切相关，运城临猗苹果褐斑病受小气候影响，不同年份褐斑病的发病时间与盛行开始日期差别较大。褐斑病发病早期和盛行始期与3月中下旬平均气温和4月中旬降水量显著相关。即3月高温和4月多雨会造成褐斑病菌大量繁殖积累，病害指数迅速增长，发病和盛行开始的时间较早，发生程度等级较高。气温与降水对褐斑病病情指数的影响具有滞后性，当前一旬平均气温在23～28 ℃、出现持续3 d 以上中雨量级以上降水天气时，本旬病情指数迅速增大，病害蔓延迅速，苹果褐斑病情发生严重。

在预报模型构建过程中，选取与苹果褐斑病发生、发展显著相关的气象因子作为预报量，对苹果褐斑病发病早期、盛行始期、发生程度及病情指数分别建立预报方程，可以提前对褐斑病发生、发展作出预测，以便在不同阶段采取不同药剂提前防治褐斑病。通过对预报模型进行历史拟合检验和2021年试报检验，结果显示，发生程度的历史拟合率最高，为100%，最大病情指数拟合率88.9%，发病早期、盛行始期拟合率分别为66.7%、55.6%，在2021年苹果褐斑病预报实际业务中，发病早期、盛行始期预报与实际出现日期误差均在3 d 以内。据临猗县植保部门提供资料，2021年运城苹果主产区褐斑病中度流行、局部偏重发生，呈现早期重、中期轻、后期大流行的特点。依据苹果褐斑病预报模型，2021 苹果褐斑病发生程度为偏重（4 级），最大病情指数预报与实况一致，说明预报模型有一定的指导意义。

西北地区及陕西省等对苹果褐斑病的预报已有研究[19-20]，但由于地理位置的差异，苹果褐斑病发生、发展的气温、降水等条件也具有差异，且建立了病情指数的预报模型。本研究对褐斑病发病早期和盛行始期以及病情发生程度分别建立模型进行预报，并对病情指数建立精细到候的动态预报，以期达到更精细的预报效果，为提前进行病虫害防治提供依据。

气象条件是影响苹果病虫害的主要因子。受苹果褐斑病观测资料时间的限制，本研究建立的预报模型只进行了1 a 的预报检验，模型预报的准确率和稳定性还有待于进一步检验和验证。在实际预报工作中，应随着资料的增加进行褐斑病害的滚动预报，对模型进行补充修正。苹果褐斑病发生流行是受多因素影响的复杂过程，本研究仅从统计分析角度分析了预报模型中褐斑病发生流行与气象因子的相关性，而关于气象因子对褐斑病发生流行的耦合机理研究较少，受到作物品种、防治效果等其他因素的影响，苹果褐斑病预报模型都需要不断研究。